靜電除塵器內(nèi)微細(xì)顆粒的多場協(xié)同作用研究.pdf

1、微細(xì)顆粒質(zhì)量輕、顆粒小、跟隨性好、吸附性強(qiáng)且較難脫除，是造成大氣能見度降低、灰霾天氣等問題的重要因素，由其引發(fā)的污染己成為我國突出的大氣環(huán)境問題。現(xiàn)有燃煤電廠大多采用靜電除塵器進(jìn)行除塵處理，其對粒徑10μm以上的顆粒除塵效率高達(dá)99％以上，但對微細(xì)顆粒(粒徑小于10μm)的脫除效率并不理想。研究表明，將電場、溫度場和濕/濃度場的綜合作用應(yīng)用于靜電除塵器中可以有效提高微細(xì)顆粒的脫除效率，但是在流場、電場、溫度場、濕度場及濃度場各自及協(xié)同作

2、用下，靜電場中微細(xì)顆粒的濃度分布狀況及運(yùn)動特性的相關(guān)研究較少，本文通過ELPI在線測試與數(shù)值模擬方法，考察了場協(xié)同作用下顆粒在靜電除塵器內(nèi)部的顆?？倽舛确植?、沿程顆粒分級濃度分布、沿程分級濃度減少率、顆粒運(yùn)動軌跡、沉積效率等，深入研究靜電除塵器內(nèi)部顆粒分布與運(yùn)動特性等內(nèi)在物理過程，為提高微細(xì)顆粒脫除效率提供理論基礎(chǔ)。
　　對靜電除塵器內(nèi)顆粒受力類型、大小和方向進(jìn)行總結(jié)分析，并將這些力在靜電除塵器內(nèi)部的不同區(qū)域(極線區(qū)、主流區(qū)、近壁

3、區(qū)和壁面上)、不同的工況(原始狀態(tài)、干式狀態(tài)、濕式狀態(tài)、換熱狀態(tài)和協(xié)同狀態(tài))下進(jìn)行分類，通過已知的參數(shù)對這些力進(jìn)行量級分析，基于受力類型、大小、方向和量級分析對靜電除塵器內(nèi)部顆粒的力學(xué)行為進(jìn)行建模，分別建立了微細(xì)顆粒趨于壁面運(yùn)動的運(yùn)動模型和微細(xì)顆粒與收塵極板之間的粘結(jié)模型。
　　搭建了基于靜電除塵的多場協(xié)同脫除微細(xì)顆粒試驗(yàn)臺，通過測試不同狀態(tài)下除塵器內(nèi)部溫濕度場的分布，進(jìn)一步分析微細(xì)顆粒在除塵器內(nèi)部多場協(xié)同作用下的分布與運(yùn)動特性。

4、基于ELPI在線測試分析的方法，對微細(xì)顆粒的分布狀態(tài)及運(yùn)動特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別對比研究了不同狀態(tài)下橫截面上的顆?？倽舛确植家?guī)律，沿程顆粒分級濃度變化規(guī)律以及沿程分級濃度減少率，得到以下結(jié)論:(1)干式狀態(tài)下，截面中與極線平行的位置處顆粒的匯集程度最高;壁面換熱后，高濃度區(qū)隨著氣流的發(fā)展向壁面方向移動，且返混現(xiàn)象減緩;壁面布水后，近壁區(qū)出現(xiàn)低濃度區(qū)，且隨著氣流的發(fā)展面積增大，返混現(xiàn)象消失;協(xié)同狀態(tài)下，場協(xié)同效果均優(yōu)于以上場疊加效果，近壁

5、區(qū)濃度梯度較濕式狀態(tài)下更高，近壁區(qū)低濃度區(qū)更明顯。(2)干式狀態(tài)下，粒徑0.04～0.6μm范圍內(nèi)的顆粒的收塵效果不佳，出現(xiàn)返混現(xiàn)象。壁面換熱后，0.4～0.6μm范圍內(nèi)的顆粒返混現(xiàn)象消失，近壁區(qū)顆粒濃度大幅度增加。壁面布水后，0.1～1μm范圍內(nèi)的顆粒濃度大幅度的降低，近壁區(qū)最多降低30％左右。協(xié)同狀態(tài)，與濕式狀態(tài)下顆粒的沿程數(shù)濃度變化曲線相似，但整個(gè)粒徑范圍內(nèi)顆粒的濃度均有所下降，0.1～1μm范圍內(nèi)的顆粒沿程最多降低了50％左右。

6、(3)干式狀態(tài)，電壓升高對粒徑大于或者小于0.3μm顆粒有明顯的脫除效果，沿程分級濃度減少率升高了20％～50％左右。壁面換熱后，粒徑0.01μm的顆粒的減少率有30％的提高，而其他粒徑范圍內(nèi)的顆粒的減少率提高幅度相對略低，10％左右。壁面布水后，液橋力造成小顆粒團(tuán)聚后數(shù)目減少，同時(shí)較大粒徑的顆粒的數(shù)目增多，在近壁區(qū)更明顯，變化幅度更大。協(xié)同狀態(tài)下，多場協(xié)同使整個(gè)粒徑范圍內(nèi)的顆粒的濃度減少率均有所提高。與濕式狀態(tài)相比，粒徑大于1μm的顆

7、粒的濃度減少率的提高更明顯，10％左右，近壁區(qū)0.1～1μm范圍內(nèi)的顆粒的效果最明顯，沿程最多降低了15％左右。
　　綜合考慮流場模型、電暈電場模型、顆粒運(yùn)動模型、顆粒荷電模型、壁面換熱模型和水膜蒸發(fā)擴(kuò)散模型，采用COMSOL對不同狀態(tài)下微細(xì)顆粒的分布狀況及運(yùn)動特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究，對電場分布狀況、溫濕度變化，顆粒軌跡、沿程濃度分布狀況以及沿程效率分布狀況做詳細(xì)的分析，建立多場協(xié)同下微細(xì)顆粒分布與運(yùn)動特性數(shù)值模型，得到以下結(jié)論:電

8、場強(qiáng)度和顆粒飽和荷電量的分布均以芒刺線為對稱軸呈現(xiàn)軸對稱形式，極線區(qū)的電場強(qiáng)度和顆粒飽和荷電量最強(qiáng)，隨著電壓的升高，芒刺尖端的電場強(qiáng)度增大，顆粒的飽和荷電量也逐漸增大;不同狀態(tài)下，數(shù)值模擬計(jì)算得到的溫濕度變化趨勢、沿程濃度分布狀況及沿程沉積效率分布與試驗(yàn)結(jié)果符合良好，模型可以準(zhǔn)確描述溫度、濕度、濃度分布;微細(xì)顆粒在電場中運(yùn)動時(shí)有向收塵極板偏移的趨勢，隨著電壓的升高，顆粒的偏移程度加強(qiáng)，顆粒的沉積位置逐漸前移且沉積量逐漸增加，在換熱/換熱

9、/協(xié)同狀態(tài)下，與干式狀態(tài)相比，顆粒的沉積位置逐漸前移且沉積量逐漸增加。
　　綜合以上理論分析、試驗(yàn)和模擬結(jié)果，對不同狀態(tài)下微細(xì)顆粒的受力變化及力學(xué)行為進(jìn)行總結(jié)，揭示了微細(xì)顆粒物在流場、顆粒場、電場、溫度場、濕度場、濃度場及其耦合作用下的力學(xué)行為和受力模型，分析了電場/壁面換熱/壁面水膜/協(xié)同作用引起的靜電除塵器內(nèi)部顆粒的受力類型及其變化，建立不同狀態(tài)下微細(xì)顆粒的受力模型并確定微細(xì)顆粒的量級大小，繪制了在電場/換熱/水膜/協(xié)同作用下